Исследователи Case Western Reserve разработали процедуру, которая восстанавливает функции мышц, участвующих в контроле дыхания, даже если они были парализованы более года. Этот прорыв вселяет надежду на то, что однажды пациенты с тяжелыми травмами спинного мозга снова смогут дышать без помощи аппарата ИВЛ.
Главный следователь Филиппа М. Уоррен, доктор философии, представил результаты ноябрь. 17 ноября на Neuroscience 2014, ежегодном собрании Общества нейробиологии. Исследование представляет собой важный шаг вперед в усилиях по обращению вспять даже длительного паралича мышц диафрагмы, которые активируются нервными волокнами, отходящими от верхней части ствола головного мозга. Когда эти волокна повреждены в спинном мозге, электрические сигналы из головного мозга не могут достигать двигательных нервов, которые покидают спинной мозг, чтобы активировать мышцы, контролирующие жизненно важные функции. Это новое исследование предлагает двухэтапный подход к устранению той части повреждения, которая блокирует эти сигналы.
"Мы показываем, что паралич дыхания можно вылечить через длительные промежутки времени после травмы спинного мозга," сказал Уоррен, исследователь нейробиологии в Медицинском центре MetroHealth, который связан с Медицинской школой Университета Кейс Вестерн Резерв. "Это может облегчить длительные страдания пациентов, получивших травмы, улучшая их качество и, возможно, продолжительность жизни."
Исследователи сосредоточили свои исследования на группе нервов, которые простираются от центра управления дыханием в стволе головного мозга до позвоночных уровней C3-C5 спинного мозга, расположенных в середине шеи. Эти волокна или аксоны головного мозга контролируют мышцу диафрагмы в ее критической функции дыхания. Любая травма спинного мозга выше C3 позвонка может вызвать обширный паралич мышц, приводящий к затруднениям дыхания, но также и движению, регуляции сердечного выброса и сексуальной функции. К сожалению, эти травмы в области шеи наиболее распространены среди людей, страдающих травмой спинного мозга.
После травмы спинного мозга поврежденные нервные волокна отмирают, что приводит к потере связи между мозгом и мышцами тела. Чтобы сохранить ткань сразу после травмы, на месте травмы образуется рубец, который простирается на несколько дюймов вверх и вниз по спинному мозгу. Эта рубцовая ткань очень плотная, содержит сахара, подавляющие рост новых нейронов, и не уменьшается в длине или интенсивности с течением времени. Следствием этого является то, что новые соединения не могут образовываться, чтобы обеспечить работу мышц после травмы, что исключительно важно для дыхания.
Паралич дыхательных мышц, вызванный травмой спинного мозга, вызывает низкий уровень кислорода в крови, увеличивает желание тела дышать и заставляет все функционирующие дыхательные мышцы работать усерднее. Дыхательной способности травмированного спинного мозга часто недостаточно, чтобы полностью поддерживать жизнь пациента. Однако, если в спинном мозге могут образоваться новые нервные волокна или соединения, то можно активировать проводящие пути для восстановления дыхательной функции. Поэтому исследователи Case Western Reserve разработали метод обработки места повреждения с помощью специально разработанного фермента, чтобы восстановить связи и применить респираторную терапию для укрепления оставшихся функционирующих дыхательных мышц.
У лабораторных животных исследователи использовали комбинированную технику для восстановления дыхательной функции через много месяцев после травмы. Сначала они вводили фермент хондроитиназу в область дыхательных нервов в спинном мозге, чтобы удалить ингибирующие сахара из рубцовой ткани. Действие фермента позволило как формировать новые связи, так и стимулировать скрытые пути в респираторно-моторной системе. Во-вторых, животные подвергались кратковременному пребыванию в условиях низкого содержания кислорода, что заставляло их дышать тяжелее и быстрее, чтобы восстановить дыхательные мышцы. Такой подход к лечению называется перемежающейся гипоксией.
Комбинированная инъекция ферментов и лечение периодической гипоксии повышает уровень серотонина. Серотонин, который обычно помогает облегчить тревожные расстройства, также действует в более широком смысле как нейротрансмиттер, помогающий стимулировать нервные клетки. Увеличивая серотонин в нервных связях и в конкретных рецепторах самих волокон, исследователи смогли помочь восстановить функцию диафрагмы до нормального уровня у животных. Это открытие необычно не только потому, что функция парализованной мышцы была полностью восстановлена, но и потому, что исследователи смогли добиться дыхания у животных, которые были травмированы в течение полутора лет.
"Замечательно реактивировать диафрагму и дыхание у хронически травмированного животного, у которого большую часть жизни была парализованная полудиафрагма," сказал Джерри Сильвер, доктор философии, профессор нейробиологии Case Western Reserve, который участвовал в исследовании.
Хотя эти результаты обнадеживают, необходимы дополнительные исследования, чтобы усовершенствовать лечение. Более двух третей животных в исследовании ответили на комбинированную стратегию лечения, в то время как лечение не оказало влияния на остальных животных. Две трети животных, которые ответили на комбинированное лечение, возобновили нормальное дыхание, в то время как другая треть испытала беспорядочное дыхание в травмированной мышце.
Исследователи обнаружили, что животные с прерывистым дыханием были переполнены серотонином во время лечения. Простое решение заключалось в применении блокатора рецепторов серотонина, который вернул этим животным нормальное дыхание. В настоящее время исследователи продолжают изучать феномен перегрузки серотонином у животных, чтобы расширить свои знания о ферменте хондроитиназы / стратегии лечения перемежающейся гипоксии. Хотя эта стратегия лечения имеет большие перспективы для использования на людях, ее необходимо сначала оптимизировать и показать, что она эффективна на более крупных животных, спинной мозг которых по размеру больше похож на спинной мозг человека.
"Лечение увеличило прочность нервных связей не в месте травмы, а там, где нервы диафрагмы выходят из спинного мозга," Уоррен сказал. "Это может иметь огромное значение для лечения пациентов с травмой спинного мозга. Наша работа дает новую надежду на то, что в будущем, возможно, удастся восстановить парализованную деятельность дыхательных мышц даже в течение длительного периода времени после тяжелой травмы позвоночника, что позволит пациентам снова нормально дышать."